吉林大学 建设工程学院 地下工程系 长春 130026
迷宫堰是一种实用高效的新型溢流堰，在不改变泄流宽度的情况下，可大幅度提高过流能力，或相同堰顶高程泄流能力增大，在洪水位不变的情况下可加大堰顶高程，从而增大库容，使得洪水位减小，减轻了库区淹没损失。本文主要利用Gambit软件和Fluent软件对迷宫堰进行了三维数值模拟，并对结果进行了对比分析。
1几何三维模型建立
前宮长度4m，后宫长度4m，侧堰长度8m，其中侧堰与前后宫夹角分别为60度和120度，堰高1m，水头分别为1.2m、1.3m、1.4m，空气厚度为1m，堰前后水流长度均为15m。
2网格划分及计算
先通过CAD软件建立迷宫堰的三维图形，然后导入Fluent的前处理器Gambit软件中，选择求解器，划分网格，设定边界条件，最后再导入Fluent软件中设置计算的其他参数开始计算。
2.1网格划分
由于形体比较规则，故统一采用0.25m网格间距，各个工况下的空间离散的单元个数约为38万个。
2.2算法及边界条件
采用标准k—ε方程紊流模型计算，在计算域中采用有限体积法进行控制方程的离散。
(1)进口边界条件：由于进口处水位及流量已知，故采用流速进口边界条件。在使用标准k—ε模型时，要给定进口边界上k和ε的估算值，目前没有精确计算这两个参数的公式，在没有任何已知条件时，可根据有关公式估计进口的k和ε的分布（周赤，徐勤勤2001）。空气进口边界条件采用大气压进口边界条件，进口边界上k和ε的估算值与水流进口的值相同。
(2)出口边界条件：出口采用压力出口边界条件。
(3)壁面边界条件：对近壁区流动采用标准壁面函数来模拟，壁面上采用无滑移速度边界条件。
(4)自由水面条件：由于是按定常流计算，并且水流进口有明显的流入边界，所以解是独立于初始时间。按定常流时的VOF方法追踪自由水面。
3软件计算结果展示及分析
计算以进出口流量的差值作为判断计算是否完成的依据，当进出口流量差值小于5%时，认为计算已经完成。
3.1水面线结果：
a：当水头为1.2m时，前宫纵切面水面线如图3-1所示：
图3-1前宫纵切面水面线
b：当水头为1.3m时，前宫纵切面水面线如图3-2所示：
图3-2前宫纵切面水面线
c：当水头为1.4m时，前宫纵切面水面线如图3-3所示：
d：当水头为1.2m时，后宫纵切面水面线如图3-4所示：
图3-3前宫纵切面水面线
图3-4后宫纵切面水面线
e：当水头为1.3m时，后宫纵切面水面线如图3-5所示：
图3-5后宫纵切面水面线
f：当水头为1.4m时，后宫纵切面水面线如图3-6所示：
图3-6后宫纵切面水面线
3.2不同水头水面线图分析：
前宫：水头的增大，水流过堰后冲击力增大，水流过堰后越靠近底部，水面线平顺程度有所下降；但水头过高，导致流速较大，最后水面线又变为平顺。
后宫：随着水头的增加，水流扰动程度先增加后减小，水面线由平顺变为不平顺再变为平顺。
参考文献
[1]李玲,陈永灿等.2007.三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用.水力发电学报26(2):83-87.
[2]李玲,陈永灿等.2007.三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用.水力发电学报26(2):83-87.
[3]李志勤,李洪,李嘉等.2003.溢流丁坝附近自由水面的实验研究与数值模拟.水利学报(8)：53～57.
论文作者:刘伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
标签：水面论文; 切面论文; 水头论文; 边界论文; 后宫论文; 平顺论文; 条件论文; 《基层建设》2018年第23期论文;